电化学储能站设计关键技术研究调研报告

电化学储能站设计关键技术研究

调研报告

目录

1研究背景及意义 (1)

2国内外研究现状 (2)

2.1微电网研究现状 (2)

2.2储能技术研究现状 (3)

（1）蓄电池储能 (4)

（2）超级电容储能 (4)

3储能应用现状 (5)

4储能系统类型 (6)

（1）机械类储能 (6)

（2）电气类储能 (6)

（3）电化学储能 (7)

（4）化学类储能 (7)

（5）储热 (7)

5储能成本及效益分析 (7)

5.1储能系统成本分析 (7)

5.2储能系统效益分析 (8)

1研究背景及意义

传统的大规模电网以集中式发电、远距离输电为特点，具有发电效率高、联网运行以降低备用容量、抗干扰能力强等优势，是目前世界上主流的供电系统。然而，在传统电网规模不断扩大的同时，这种单一供电模式的弊端也随之显现出来：

(1)技术过于复杂，降低了系统的安全性和稳定性；

(2)系统的建设、运行成本高，跟踪负荷变化的能力较差；

(3)局部事故在电网系统内发生扩散将导致更大规模的停电事故；

(4)由于远距离输电过程中的线路损耗，造成负荷端电压水平较低，对偏远地区供电质量较差。

与此同时，进入二十一世纪以后全球面临着严重的能源和环境危机，在可以预见的将来，传统化石能源将消耗殆尽。

为解决传统发电模式的弊端、应对能源枯竭危机的挑战，以风、光等可再生能源发电为主的分布式发电系统得到了快速的发展。与传统发电模式相比，分布式发电规模较小，因此建设灵活，可以直接向周围的负荷供电，减少了电网设备投资和输电过程中的线路损耗，并兼具能源利用率较高、清洁环保等优点。但是，分布式发电也存在一定的缺陷，由于风、光等发电技术受到环境的较大约束，会出现间歇性出力的问题，从而影响到电网的电能质量和安全；此外，大电网对于分布式发电也有诸多限制，如标准IEEEP1574规定，分布式发电系统在故障情况下要立即脱离大电网。

为了解决传统电网和分布式发电之间的矛盾，由此产生了微电网的概念。微电网包含了电源、储能系统、负荷和保护设备等多个部分，是有利于大力发展和应用分布式发电技术的有效形式，同时微电网的存在使得大电网不必直接面对不同种类的分布式电源，提高了电网的安全性。

储能系统是微电网重要组成部分，一方面可以通过充放电调节分布式发电和负荷用电之间的不平衡，保证微电网的正常稳定运行；另一方面，通过快速的充放电，针对风、光发电波动性较大的特点，对输出功率进行平抑，减少对电网的冲击。研究储能系统的配置问题，有利于合理科学的建设微电网，提高微电网运行可靠性及运行效益。

2国内外研究现状

2.1微电网研究现状

微电网是传统大电网和分布式发电系统之间的缓冲，既能减小分布式电源对大电网的冲击和影响，也能促进分布式发电的发展和利用，还可以提高系统的供电可靠性和电能质量。从大电网的角度来看，微电网是一个可以控制的有源负荷，通过储能系统的功率吞吐和控制技术来满足配电网的需求。从用电客户的角度来看，微电网因其灵活性可以满足不同的用电需求，从而提高供电可靠性。同时，微电网和大电网之间互相支撑，使之成为建设智能电网的重要环节。目前，国内外针对微电网技术都进行了大量的研究。

微电网的概念最早由美国的电力可靠性技术解决方案协会(ConsortiumforElectricRelia bilityTechnologySolutions,CERTS)提出，美国的电力可靠性技术解决方案协会(Consortiumf orElectricReliabilityTechnologySolutions,CERTS)最早提出微电网的概念，微电网被定义成一个集电源、负荷和各种电力电子设备的独立系统，并直接接在用户侧。美国最早以实验室为平台上进行了微电网的搭设，之后在北美建立了首个示范工程—MadRiver，对微电网的建模、仿真和运行控制技术进行了研究和验证，在微电网领域的研究取得了具有突破性的进展。

除了美国之外，欧洲和日本对于微电网的研究也起步较早，并针对微电网与大电网的连接和新能源的开发利用问题上，进行了许多研究。在欧洲的希腊、德国等国家以及日本国内都建设了微电网示范系统，取得了很多成果。

我国在微电网领域的研究基础相对较弱，起步相对较晚，但在国家相关政策的引导下，取得了显著的进展。《国家中长期科学与技术发展规划纲要（2006—2020年）》鼓励了可再生能源的发展利用。尤其在远离大陆的海洋岛屿进行微电网建设，有利于国家的国防工程。与此同时，我国在张北建立了风光储示范项目，在东福山岛建立了独立微电网系统并已投入实际运行，这些示范项目对于微电网理论的研究成果进行了实践。

微电网主要被分为以下几种类型：

(1)城市微电网。城市微电网以提高供电可靠性的电能质量为目标，在居民小区、商场、医院等地方建设。

(2)企业微电网。针对分布在远离城市中心的一些大型企业，为满足其对供电可靠性的较高要求，进行微电网建设。

(3)偏远地区微电网。这类微电网主要建设在草原、海岛等偏远并具备良好风、光等资源的地区，传统大电网尚未延伸到这些地区，建设微电网有利于解决负荷供电的问题。这类微电网以孤岛运行为主，多为风/光/储互补型微电网系统。

表1是目前国内外的一些微电网示范工程项目。

表1国内外微电网示范工程

微电网示范工程国家微电网特点

MadRiver微电网美国分布式电源以光伏发电、燃气机为主美国加州分布式电源微电网美国商用微电网项目，包含光伏发电、燃气

机和蓄电池储能系统雅典国立大学微电网希腊以风力发电、光伏发电为主，配有蓄电

池储能系统

Aichi微电网日本分布式电源以光伏发电和多类型燃料电

池为主

京都微电网日本包含光伏发电、风力发电、沼气发电和

燃料电池，并配有蓄电池储能系统东福山岛微电网中国海岛型风/光/柴/储微电网，并包括海水淡

化系统

2.2储能技术研究现状

含可再生能源发电的微电网系统，由于风、光发电系统的出力具有间歇性和波动性，将导致微电网在孤岛运行时的供电可靠性较差，在并网运行时对大电网可能产生较大冲击，因此需要储能系统通过功率的吞吐作为缓冲环节保证系统的安全可靠运行。

电能的一大特点是不能储存，只能转化成其他的能量形式储存，比如势能、动能、化学能、电磁能等。储能设备根据储存能量的形式不同，主要分为物理储能、电磁式储能和电化学储能三类。表2给出了不同类型储能的分类。

表2不同类型的储能

物理储能电磁式储能电化学储能

抽水蓄能、飞轮储能、压缩

空气储能等超导储能、超级电容储能等铅酸电池、镍氢电池、锂离子

电池、纳硫电池等

结合微电网的规模和运行特点，在以上各种类型的储能方式中，以蓄电池储能和超级电容储能在微电网中的应用最为广泛和成熟。

(1)蓄电池储能